CN103044872B - 一种聚乳酸组合物 - Google Patents

Abstract

一种聚乳酸组成物，其包含：一聚乳酸混合物、一高分子共混物、一成核剂与一相容化剂，该聚乳酸混合物包含有一L型聚乳酸物料与一D型聚乳酸物料，该高分子共混物系聚酯型高分子共混物或聚醚型高分子共混物，且其高分子链具有至少一个易于形成氢键的官能基，该成核剂为选自于芳香酸盐化合物、脂肪酸金属盐、无机填充物以及其组合，该相容化剂含有过氧化物或不饱和反应性官能基化合物。本发明不需二次加工便能具有高耐热性，从而节省时间与成本，并能同时具有高耐冲击性，使其能应用的范围更加广泛。

Description

一种聚乳酸组合物

技术领域

本发明系涉及一种生质塑料组成物，具体涉及一种具有耐热性、耐冲击性以及不需特性加工之优点的聚乳酸组成物。

背景技术

传统的塑料材料以石油为原料所制成，因其具有重量轻、易加工性、耐久性、强韧性等特性，而被广泛应用于日常生活的各个层面。但是塑料材料的结构稳定，不容易受到外在环境因素的影响而分解，使得塑料废弃物成为环境的一大负担。目前塑料废弃物的处理方法有掩埋法及焚化法。塑料废弃物掩埋后，由于其不易分解，短期会减少掩埋场的使用年限，长期则会阻断土壤的自然渗水层而使土地沙化，进而严重影响环境生态。以焚化法处理时，塑料废弃物虽然几乎可消失且不占据土地，但于焚化过程中会产生如戴奥辛等有害气体，同样会破坏环境。

随着环保问题日益受到注视，关于在自然环境中可被微生物分解的生物分解性塑料的使用与发展亦倍受重视。其中，聚乳酸(polylactic acid，简称PLA，亦称为聚丙交酯)，其除了具有可被生物分解的特性而不破坏环境外，其同时具有加工方便及机械性质良好之特性，且其单体可完全由如玉米或甜菜等可再生资源经过转化取得，而不必担心原料的来源，则其生产成本亦较为低廉。

然而，聚乳酸之结晶速率慢，难以于成型过程中结晶，使得聚乳酸成品的热变形温度较低，而导致耐热性不足，难以适用于较高温的环境中。若能有效提高聚乳酸的结晶度，可使聚乳酸成品的热变形温度提高而增加耐热性，进而扩大聚乳酸的应用范围。

具体而言，透过一般冷模的射出成型工艺，聚乳酸的加工周期可于1分钟之内完成，但其成型品之热变形温度仅有约55至60℃，而台湾专利证书第I364362号揭示一种耐热性聚乳酸成型品之制造方法，在聚乳酸原料中添加成核剂，再制成初成品，接着对该初成品进行热处理，以提高该初成型品的结晶度，而制得一具有较高耐热性的聚乳酸制品，即主要由二次加工的手段而达到提高聚乳酸的耐热性。

但是进行二次加工需要时间，亦需要额外的成本支出，造成整体工艺耗时及成本增加的缺点，不符合产业上的需求。

发明内容

鉴于上述现有技术缺点，本发明目的在于提供一种聚乳酸组成物，其具有于成型后无需二次加工便能具有较佳耐热性与耐冲击性，进而具有节省工艺时间及成本的优点。

为了达到前述发明目的，本发明所采取的技术手段为提供一种聚乳酸组成物，其包含：

一聚乳酸混合物，由60至95重量百分比的L型聚乳酸物料与5至40重量百分比的D型聚乳酸物料所组成；

一高分子共混物，为聚酯型高分子共混物或聚醚型高分子共混物，且其高分子链具有至少一个易于形成氢键的官能基；

一成核剂，选自于由芳香酸盐化合物、脂肪酸金属盐、无机填充物以及其组合所构成的群组； 

一相容化剂，其含有过氧化物或不饱和反应性官能基化合物。

光学纯度(optical purity)：二互为光学异构物的化合物所构成之混合物，以及该混合物中一化合物之纯态，前者的旋亮度与后者的旋亮度的比值。

进一步而言，所述的易于形成氢键的官能基为羧基、醇基、醚基、胺基或酰胺基。

进一步而言，该不饱和反应性官能基化合物为不饱和羧酸酯化合物、环氧基化合物、多元不饱和聚酯化合物或多元酰胺类化合物。

较佳的是，以该聚乳酸混合物含量为100 重量份，该添加剂含量为0.1至49 重量份，该成核剂含量为0.1至15 重量份，而该相容化剂含量为0.1至5 重量份。

最佳的是，以该聚乳酸混合物之含量为100 重量份，该添加剂之含量为0.5至15重量份，该成核剂之含量为0.5至5重量份，而该相容化剂之含量为0.2至2重量份。

较佳的是，该聚乳酸混合物中，L型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的L型聚乳酸，D型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的D型聚乳酸。

最佳的是，该聚乳酸混合物中，L型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的L型聚乳酸，D型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的D型聚乳酸。

较佳的是，该聚乳酸混合物分子量介于80000至300000，最佳地，该聚乳酸混合物分子量介于120000至200000。

较佳的是，聚乳酸混合物L型聚乳酸物料的L型聚乳酸分子量介于100000至300000之间，聚乳酸混合物D型聚乳酸物料的D型聚乳酸分子量介于60000至200000之间；最佳地，该L型聚乳酸分子量介于120000至200000之间，该D型聚乳酸分子量介于70000至150000之间。

有益效果：

本发明聚乳酸组合物的优点在于：不需二次加工便能具有高耐热性，从而节省时间与成本，并能同时具有高耐冲击性，使其能应用的范围更加广泛。

具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段。

本发明聚乳酸组成物较佳实施例包含有一聚乳酸混合物、一高分子共混物、一成核剂及一相容化剂。

前述的聚乳酸混合物由60至95重量百分比的L型聚乳酸物料与5至40重量百分比的D型聚乳酸物料所组成，且该L型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的L型聚乳酸，该D型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的D型聚乳酸；较佳地，L型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的L型聚乳酸，且D型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的D型聚乳酸；进一步来说，D型聚乳酸物料添加比例愈高，愈容易形成立体错合物(stereo-complex PLA)，但相对地其加工窗口就愈窄，加工难度就愈高，而提升L型聚乳酸及D型聚乳酸的光学纯度可促进该立体错合物生成速率。

此外，聚乳酸混合物应用于不同工艺时，为使其能兼顾实际应用上及加工上所需性质，其分子量需介于特定的范围；举例而言，应用于押出成型工艺时，聚乳酸混合物的分子量较佳范围为介于80000至200000之间；若聚乳酸混合物的分子量低于80000，则其难以具有符合实际应用上所需要的性质，如：机械性质、耐热性质等，进而使其成型品容易碎裂；若聚乳酸混合物分子量高于200000，则其难以具有符合加工所需要的性质(如：黏度过高)，进一步地，若勉强调整加工参数(如：加工温度)以进行加工，则有使其成品产生其它缺点(如：使用寿命缩短)；最佳地，聚乳酸混合物的分子量介于120000 至 200000之间。

进一步而言，聚乳酸混合物之L型聚乳酸物料的L型聚乳酸分子量介于100000至300000之间，且聚乳酸混合物D型聚乳酸物料的D型聚乳酸分子量介于60000至200000之间；最佳地，该L型聚乳酸分子量介于120000至200000之间，该D型聚乳酸分子量介于70000至150000之间。

前述高分子共混物用以加强组合物中各配方的相互作用力而增加耐冲击性，其为聚酯型高分子共混物或聚醚型高分子共混物，且其高分子链具有至少一个易于形成氢键的官能基，进一步而言，所述的易于形成氢键的官能基为羧基、醇基、醚基、胺基或酰胺基；举例而言，聚酯型高分子共混物系聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate，PHB)、聚丁二酸丁二醇酯 (polybutylenesuccinate，PBS)、聚己内酯(polycaprolactone，PCL)或聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(poly(butylene-adipate-co-terephthalate)，PBAT)，聚醚型高分子共混物系聚氧乙烯醚(polyethylene oxide，PEO)或聚苯醚(polyphenylene oxide，PPO)。

前述成核剂选自由芳香酸盐化合物、脂肪酸金属盐、无机填充物以及其组合所构成的群组，举例而言，所述的芳香酸盐化合物为芳香基磺酸盐或芳香基磷酸盐等；所述的脂肪酸金属盐为硬脂酸锌或硬脂酸钙等；所述的无机填充物为单体成核剂、黏土类、金属氧化物、无机盐类；即奈米黏土、石墨、高岭土、云母、蒙脱土、二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝、乳酸钙、硫酸钡、玻璃纤维、贝壳粉等。

前之相容化剂为用以强化依据本发明的聚乳酸组合物之聚乳酸混合物和高分子共混物间连结作用力的任何试剂，避免聚乳酸混合物和高分子共混合物产生相分离，可以使配方间兼容性提高，进而提高整体的力学性质，相容化剂为含有过氧化物、不饱和反应性官能基化合物或多元酯型化合物，其中该不饱和反应性官能基化合物系不饱和羧酸酯化合物(如：丙烯酸甲酯化合物)、环氧基化合物(如：环氧大豆油、环氧亚麻仁油等)、多元不饱和聚酯化合物(如：异氢酸酯)或多元酰胺类化合物(如：硬脂酰胺合物)；进一步来说，当相容化剂中含有多元酯型化合物、多元不饱和聚酯化合物或多元酰胺类化合物时，该相容化剂除了提高聚乳酸混合物和高分子共混合物兼容性外，还可促进聚乳酸混合物的结晶。

本较佳实施例可先制成粒子后再成型为成品，制粒设备可使用单轴押出机、双轴押出机或其他一般塑料造粒机，且可经由纵向拉伸或横向拉伸或双轴拉伸而制得所需要的聚乳酸成品。

下列实施例用于示范说明本发明。这些实施例不以任何方式意欲限制本发明范围，但用于指示如何实施本发明的材料及方法。

实施例一

本实施例先将本发明聚乳酸组成物混炼造粒，并使用押出成型机，将制得的聚乳酸组成物粒子押制成板材后，经单轴或双轴延伸为成品，相关参数及步骤详述如下：

将100重量份的聚乳酸混合物、0.5重量份的聚酯型高分子共混物、0.5重量份的成核剂以及0.2重量份的相容化剂，供给至双螺杆混炼机进行混炼造粒，而得到聚乳酸组合物之粒子；

所述聚乳酸混合物由重量百分比60的L型聚乳酸物料与重量百分比为40的D型聚乳酸物料组成；L型聚乳酸物料的L型聚乳酸之光学纯度为98%以上，分子量为200000，而D型聚乳酸物料的D型聚乳酸之光学纯度为98%以上，分子量为150000；

其中，双螺杆混炼机为台湾亚靖机械所提供，其螺杆长宽比(L/D)为32，压缩比为2.5：1，工作温度为160至180℃。

接着，将聚乳酸组合物的粒子于90℃下干燥，使其含水量降至250 ppm以下，然后供给至押出成型机，加工温度为170至190℃，经纵向拉伸或横向拉伸或双轴拉伸工艺制备聚乳酸成品。

实施例二

本实施例的聚乳酸混合物为重量百分比70的L型聚乳酸物料及重量百分比30的D型聚乳酸物料。

此外，本实施例的聚乳酸混合物为100重量份，所添加的聚酯型高分子共混物为6重量份、成核剂为3重量份以及相容化剂为1.2重量份。

本实施例所使用的方法、步骤及各成分均与实施例一相同，具体过程不再赘述。

实施例三

本实施例的聚乳酸混合物为重量百分比80的L型聚乳酸物料及重量百分比20的D型聚乳酸物料。

此外，本实施例的聚乳酸混合物为100重量份，所添加的聚酯型高分子共混物为12重量份、成核剂为5重量份以及相容化剂为1.8重量份。

本实施例所使用的方法、步骤及各成分均与实施例一相同，具体过程不再赘述。

实施例四

本实施例的聚乳酸混合物重为量百分比90的L型聚乳酸物料及重量百分比10的 D型聚乳酸物料。

此外，本实施例的聚乳酸混合物为100重量份，所添加的聚酯型高分子共混物为24重量份、成核剂为12重量份以及相容化剂为2.4重量份。

本实施例所使用的方法、步骤及各成分均与实施例一相同，具体过程不再赘述。

实施例五

本实施例的聚乳酸混合物为重量百分比95的L型聚乳酸物料及重量百分比5的D型聚乳酸物料。

此外，本实施例的聚乳酸混合物为100重量份，所添加的聚酯型高分子共混物为48重量份、成核剂为15重量份以及相容化剂为4.8重量份。

本实施例所使用的方法、步骤及各成分均与实施例一相同，具体过程不再赘述。

比较例

市售经造粒的聚乳酸塑料(Natureworks LLC公司制造，品名为2003D)，其热变形温度、冲击强度及断裂伸长率如表一所示。

表1 耐热性测试工艺参数表

热变形温度HDT(℃)	55
		冲击强度(J/m)	16
伸长率(%)	6

使用热变形温度试验机(HDT，弘达仪器有限公司制造)分别对实施例一至五进行热变形温度的量测，可以测得各实施例耐热性，热变形温度越高表示受测物之耐热性质越佳；测试结果如表二所示。

表2 本发明实施例中工艺参数对照表

如表一与表二所示，比较例的热变形温度为55℃，实施例一至五的热变形温度依次为126℃、112℃、105℃、88℃与72℃，显示出各实施例均较比较例具有较佳的耐热性，且各实施例仅经过一般成型工艺，可省却后续提高耐热性的二次加工，节省工艺时间及成本。

耐冲击性测试

使用冲击试验机(GT-7045，高铁科技股份有限公司制造)分别对实施例一至五进行冲击强度(Izod impact strength)测试，冲击强度越高表示受测物之耐冲击性越佳；测试结果如表二所示。

如表一与表二所示，比较例的冲击强度约为16J/m，实施例一至五的冲击强度依序为45 J/m、216 J/m、342 J/m、398 J/m与453J/m，显示出各实施例的冲击强度均高于比较例的耐冲击强度，则各实施例具有较佳的耐冲击性。

伸长率测试

使用拉伸试验机(Insrton 3369，美国英斯特朗公司制造)分别对实施例一至五进行拉伸试验，测得各实施例断裂伸长率(elongation at break)，断裂伸长率表示受测物于断裂之前能被拉伸的长度与原本的长度比例，通常以百分比表示，断裂伸长率数值越高表示受测物的延性越佳，则具有较佳的加工性能，测试结果如表二所示。

如表一与表二所示，比较例之断裂伸长率约为6%，本实施例一至五伸长率依序为约为32%、115%、236%、352%与486%，显示出各实施例断裂伸长率均高于比较例的断裂伸长率，则各实施例具有较佳延伸性。

综上所述，本发明之聚乳酸组成物不需二次加工便能具有较市售聚乳酸为佳的耐热性，而能节省时间与成本，同时，本发明之聚乳酸组成物亦具有较佳的耐冲击性，使其能应用的范围更加广泛。

此外，为使得聚乳酸组合物在具有较佳耐热性、较佳耐冲击性及不需二次加工之优点之同时，进一步制作为成品工艺中具有较佳的加工性而方便加工；以及制作为成品后具有较佳的产品稳定性(如：使用寿命较长)而可量产化，以前述各实施例为例，较佳地，以聚乳酸混合物为100重量份时，聚酯型高分子共混物含量为0.5至25重量份，成核剂含量为0.5至5重量份，而相容化剂含量为0.2至2重量份。

Claims (7)

1.一种聚乳酸组合物，其包含：

一聚乳酸混合物，由60至95重量百分比的L型聚乳酸物料与5至40重量百分比的D型聚乳酸物料所组成；

一高分子共混物，为聚酯型高分子共混物或聚醚型高分子共混物，且其高分子链具有至少一个易于形成氢键的官能基；

一成核剂，选自于芳香酸盐化合物、脂肪酸金属盐、无机填充物以及其组合所构成的群组；

一相容化剂，其含有过氧化物、不饱和反应性官能基化合物或多元酯型化合物；

所述聚乳酸混合物的L型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的L型聚乳酸；D型聚乳酸物料为具有光学纯度95%以上的D型聚乳酸；

所述聚乳酸混合物的分子量为80000至300000；

所述聚乳酸混合物L型聚乳酸物料的L型聚乳酸的分子量介于100000至300000之间；聚乳酸混合物D型聚乳酸物料的D型聚乳酸的分子量介于60000至200000之间。

2.如权利要求1所述的聚乳酸组合物，其中高分子共混物中易于形成氢键的官能基为羧基、醇基、醚基、胺基或酰胺基。

3.如权利要求1或2所述的聚乳酸组合物，其中相容化剂的不饱和反应性官能基化合物为不饱和羧酸酯化合物、环氧基化合物、多元不饱和聚酯化合物或多元酰胺类化合物。

4.如权利要求1或2所述的聚乳酸组合物，其中以聚乳酸混合物含量为100重量份，高分子混合物添加剂含量为0.1至49重量份。

5.如权利要求1或2所述的聚乳酸组合物，其中以聚乳酸混合物含量为100重量份计算，成核剂含量为0.1至15重量份。

6.如权利要求1或2所述的聚乳酸组合物，其中以聚乳酸混合物为含量100重量份计算，相容化剂含量为0.1至5重量份。

7.如权利要求1或2所述的聚乳酸组合物，其中聚乳酸混合物的L型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的L型聚乳酸，D型聚乳酸物料为具有光学纯度98%以上的D型聚乳酸。